تعتبر معدات التبريد وأنظمة تبريد الهواء من العناصر الأساسية للحياة اليومية. ومع ذلك ، فإن التصميمات الحجمية القياسية القائمة على مادة التبريد ليست مناسبة للتطبيقات المحمولة مثل أكياس التبريد. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام الأجهزة القائمة على تشغيل تأثير بلتيير ، والتي سنناقشها بالتفصيل في هذه المادة.
يعتمد عنصر بلتيير أو المبرد الكهروحراري على ازدواج حراري من عنصرين مع الموصلية من النوع p و n ، والتي يتم توصيلها بواسطة لوحة نحاسية متصلة. التفاصيل في معظم الحالات مصنوعة من البزموت والتيلوريوم والأنتيمون والسيلينيوم. تستخدم هذه الأجهزة في أنظمة التبريد المنزلية ، ولديها أيضًا القدرة على توليد الطاقة.
ما هذا
تشير الظاهرة والمصطلح بلتيير إلى اكتشاف تم إجراؤه عام 1834 من قبل العالم الفرنسي جان تشارلز بيلتيير.يتمثل جوهر الاكتشاف في أن الحرارة يتم إطلاقها أو امتصاصها باستمرار في المنطقة التي يوجد بها اتصال بين موصلين مختلفين يتدفق من خلالها تيار كهربائي.
تشرح النظرية الكلاسيكية هذه الظاهرة بهذه الطريقة: بمساعدة التيار الكهربائي ، تنتقل الإلكترونات بين المعادن ، وتتسارع أو تبطئ ، اعتمادًا على فرق جهد التلامس على الموصلات المعدنية ذات المستويات المختلفة من الموصلية. وهكذا تساهم عناصر بلتيير في تحويل الطاقة الحركية إلى حرارة.
على الموصل الثاني ، يحدث التأثير المعاكس ، حيث يكون تجديد الطاقة ضروريًا بناءً على القانون الأساسي للفيزياء. يحدث هذا الموقف بسبب عملية التذبذب الحراري ، ونتيجة لذلك يتم تبريد معدن الموصل الثاني.
بمساعدة التقنيات الحديثة ، من الممكن تصنيع وحدة بلتيير بأقصى قدر من التأثير الكهروحراري.
الجهاز ومبدأ العملية
وحدات بلتيير الحديثة عبارة عن تصميم يوجد فيه لوحتان عازلان ، ومزدوجات حرارية متصلة بينهما في تسلسل صارم. يظهر المخطط القياسي لهذا العنصر من أجل فهم أفضل لعمله في الشكل.
تسميات العناصر الهيكلية:
- أ - جهات الاتصال التي يتم من خلالها التوصيل بمصدر الطاقة ؛
- ب - سطح ساخن
- ج - الجانب البارد
- د - الموصلات النحاسية.
- E هو أشباه الموصلات p-junction ؛
- F هو نوع من أشباه الموصلات من النوع n.
يتكون العنصر بحيث يكون كلا السطحين على اتصال مع تقاطعات p-n أو n-p ، بناءً على القطبية. تسخن جهات الاتصال p-n ، وتقل درجة حرارة np.نتيجة لذلك ، يظهر اختلاف في درجة الحرارة DT في نهايات العنصر. يعني هذا التأثير أن الطاقة الحرارية التي تتحرك بين عناصر الوحدة تنظم نظام درجة الحرارة اعتمادًا على القطبية. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في حالة حدوث تغيير في القطبية ، تتغير الأسطح الساخنة والباردة.
تحديد
تفترض المعلمات الفنية لعنصر بلتيير القيم التالية:
- سعة التبريد (Qmax) - محسوبة على أساس الحد الحالي وفرق درجة الحرارة بين طرفي الوحدة. وحدة القياس - واط ؛
- الحد من اختلاف درجة الحرارة (DTmax) - تقاس بالدرجات ، وتعطى هذه الخاصية للظروف المثلى ؛
- Imax هو الحد الأقصى للتيار الكهربائي المطلوب لتوفير فرق أكبر في درجة الحرارة ؛
- الحد من الجهد Umax ، وهو مطلوب للتيار الكهربائي Imax لتحقيق أقصى فرق في درجة الحرارة DTmax ؛
- المقاومة - المقاومة الداخلية للجهاز ، مقاسة بالأوم ؛
- COP هو معامل الكفاءة أو الكفاءة لوحدة بلتيير ، والذي يعكس نسبة التبريد واستهلاك الطاقة. اعتمادًا على ميزات الجهاز ، بالنسبة للأجهزة غير المكلفة ، يكون المؤشر في حدود 0.3-0.35 ، أما بالنسبة للطرز الأكثر تكلفة ، فيتراوح حتى 0.5.
تتمثل مزايا عنصر بلتيير المتنقل في صغر حجمه وإمكانية عكسه للعملية وكذلك إمكانية استخدامه كمولد كهربائي محمول أو ثلاجة.
عيوب الوحدة هي التكلفة العالية ، والكفاءة المنخفضة في حدود 3٪ ، وتكاليف الطاقة المرتفعة والحاجة إلى الحفاظ على فرق درجة الحرارة باستمرار.
طلب
حتى مع الأخذ في الاعتبار انخفاض معامل الكفاءة ، فإن اللوحات في وحدة بلتيير تُستخدم على نطاق واسع في أجهزة القياس والحساب ، وكذلك في الأجهزة المنزلية المحمولة. فيما يلي قائمة بالأجهزة التي تعتبر الطرز جزءًا لا يتجزأ منها:
- أجهزة التبريد المحمولة
- مولدات كهربائية صغيرة
- مجمعات التبريد في أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ؛
- مبردات لتسخين وتبريد مياه الشرب ؛
- مجففات الهواء.
كيفية الاتصال
يمكنك توصيل وحدة بلتيير بنفسك ، فهي لا تتطلب الكثير من الوقت والجهد. يجب تزويد جهات الاتصال الخاصة بالمخرج بجهد ثابت ، وهو موضح في تعليمات التشغيل الخاصة بالجهاز. السلك الأحمر متصل بالسلك الموجب والسلك الأسود متصل بالسالب. لاحظ أنه عندما يتم عكس القطبية ، فإن الأسطح الساخنة والمبردة ستبدل الأماكن.
قبل الاتصال ، يوصى بالتحقق من قابلية تشغيل العنصر. إحدى الطرق البسيطة والموثوقة للتحقق من الجهاز هي الطريقة اللمسية: لهذا تحتاج إلى توصيل الجهاز بمصدر تيار كهربائي ولمس جهات اتصال مختلفة. في الجهاز الذي يعمل بشكل طبيعي ، ستكون بعض جهات الاتصال دافئة ، بينما سيكون البعض الآخر باردًا.
يمكنك أيضًا التحقق باستخدام مقياس متعدد وأخف. للقيام بذلك ، تحتاج إلى توصيل المجسات بجهات اتصال الجهاز ، وإحضار الأخف إلى جانب واحد ومراقبة قراءات جهاز القياس المتعدد. إذا كان عنصر بلتيير يعمل في الوضع القياسي ، أثناء عملية التسخين ، سيتم توليد تيار كهربائي على جانب واحد ، وسيتم عرض بيانات الجهد على شاشة جهاز القياس المتعدد.
كيف تصنع عنصر بلتيير بيديك
عنصر بلتيير غير عملي للتصنيع في المنزل بسبب التكلفة المنخفضة والحاجة إلى معرفة خاصة لإنشاء عنصر عملي. ومع ذلك ، يمكنك تجميع مولد كهربائي حراري متحرك فعال بيديك ، والذي سيكون مفيدًا في البلد أو في رحلة تخييم.
من أجل تثبيت الجهد الكهربائي ، ستحتاج إلى تجميع محول قياسي على شريحة L6920 IC بنفسك. يجب تطبيق جهد من 0.8-5.5 فولت على دخل الجهاز ، وعند الخرج سينتج 5 فولت ، هذه القيمة كافية لشحن بطارية الأجهزة المحمولة في الوضع القياسي. إذا تم استخدام جهاز بلتيير إلكتروني قياسي ، فسيكون من الضروري الحد من درجة حرارة السطح المسخن إلى 150 درجة. لسهولة التحكم في درجة الحرارة ، يُنصح باستخدام غلاية بالماء المغلي ، ثم لن يسخن الطراز أكثر من 100 درجة.
تستخدم لوحات بلتيير على نطاق واسع لتبريد الأجهزة المنزلية الحديثة ، في مكيفات الهواء ، وقد ثبتت فعالية الجهاز ، على وجه الخصوص ، في تثبيت النظام الحراري وتبريد معالج قوي. على أساس عنصر بلتيير ، غالبًا ما يتم تصنيع ثلاجات متحركة فعالة في المنزل للبيوت الصيفية أو السيارات ، مما يعمل على تشغيل المبرد. نظرًا لعكس العملية ، تُستخدم العناصر ذاتية الصنع كمحطات طاقة صغيرة متحركة في المناطق التي لا يوجد بها مصدر للكهرباء.
مقالات مماثلة:
